例动作，如贮罐压力、液位的控制。

4) 当广义对象控制通道时间常数或容积延迟很大，负荷变化亦很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。

Ke??s如果被控对象传递函数可用Gp(s)?近似，则可根据对象的可控比τ/T选择调

Ts?1节器的动作规律。当τ/T<0.2时，选择比例或比例积分动作；当0.2<τ/T≤1.0时，选择比例微分或比例积分微分动作；当τ/T>1.0时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，应选用如串级、前馈等复杂控制系统。

2.5 控制器参数整定

一个控制系统的质量取决于对象特性、控制方案、干扰的形式和大小，以及控制器参数等各种因素。一旦系统按所设计的方案安装就绪，对象特性与干扰位置等基本上都已固定下来，这时候系统的质量主要取决于控制器参数整定了。合适的控制器参数会带来满意的控制效果，不合适的控制器参数会使系统质量变坏。但是，决不能因此而认为控制器参数整定是万能的。对于一个控制系统来说，如果对象特性不好，控制方案选的不合理，或是仪表选择和安装不当，那么无论怎样整定控制器参数，也是达不到质量指标要求的。因此，只能说在一定范围内，控制器参数整定合适与否，对控制质量具有重要的影响。

系统整定，一般是指选择调节器的比例度δ、积分时间TI和微分时间TD的具体数值。系统整定的实质，就是通过调整调节器的这些参数，使其特性与被控对象特性相匹配，来改善系统的动态和静态特性，以达到最佳的控制效果。人们常把这种整定称作“最佳整定”，这时的调节器参数叫做“最佳整定参数”。

对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过调节器参数（δ、Ti、Td）的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求[6]。

第三章 液位控制系统的仿真研究

液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题,例如饮料、食品加工、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。水箱液位的控制作为过程控制的一种,由于其自身存在滞后,对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点,传统的控制不能达到满意的控制效果。本设计建立一个简化的数学模型。来实现水箱液位控制系统仿真研究[7]。

3.1 单容水箱液位控制系统

3.1.1 单容水箱数学模型

假如某单容液位过程如上图3.1所示。该过程中，储蓄中液位高度h为被控参数（即过程的输出），流入储蓄罐的体积流量q1为过程的输入量，q1 的大小可通过阀门1的开度来改变；流出储蓄的体积量q2为中间变量（即为过程的干扰），它取决于用户需要，其大小可以通过阀门2的开度来改变。

图3.1 单容液位过程

根据动态物料平衡关系有：

?q1??q2?CC为储罐的截面积（容量系数）

d?h 式(3.1) dt

静态时有：q10?q20 , 假设 ?q2?dh?0 dt?h为阀2的液阻，微分方程为： R2

d?h??h?R2??q1 式(3.2) dt R2C传递函数为

G(s)?R2H(s)K 式(3.3) ??Q1(s)R2Cs?1Ts?1 T为被控过程的时间常数，T?R2C，K为被控过程的放大系数，K?R2[2]。 假设q0流经l长管道所需时间为?0，则具有纯滞后的单容过程的微分方程和传递函数为

Td?h??h?K??q0(t??0) 式(3.4) dt G(s)?H(s)K?e??0s 式(3.5) Q0(s)Ts?1根据实验所得数据可以近似得到如图3,2的反应曲线

图3.2 单容水箱液位对象反应曲线

根据反应曲线及实验数据可得参数K、T分别为0.32、70。 所以单容水箱的传递函数为： G(s)?K0.32? 式(3.6) Ts?170s?1

3.1.2 控制方案

设计采用简单的单回路控制系统，控制方案如图3.3所示。

LC入水LTH

图3.3 单容水箱控制结构图

如图3.3所示，其被控制量为水箱液位H，控制量是入水量。如果水箱液位比期望的液位值低，就要加大入水量；如果水箱液位比期望的液位值要高，就要减少入水量。如果水箱液位正好等于期望的液位值，入水量就可以保持不变。

单回路控制方框图如下图3.4所示：

给定+-偏差控制器 测量控制阀水箱液位变送器

图3.4 单容水箱控制方框图

若水箱只是为了起缓冲作用而需要控制液位时，则控制精度要求不高，控制器选用简单易行的P调节规律即可；若水箱作为计量槽使用时，则需要精确控制液位，即需要消除稳态误差，则可选用PI调节规律。 3.1.3 单容水箱的Simulink仿真

PID控制器是一种比例、积分、微分并联控制器，由于PID控制器具有简单、固定的形式，允许操作人员用简单、直接的方式来调控系统。而且，在很宽的操作条件范围